Khoảng cách giữa các ngôi sao và thiên hà là vô cùng lớn, tạo nên thách thức to lớn cho tham vọng du hành liên sao của con người. Hệ sao Proxima Centauri, với ngôi sao lùn đỏ và các hành tinh tiềm năng, đang là ứng cử viên sáng giá cho chuyến đi liên sao đầu tiên của nhân loại. Vậy, hành trình đến Proxima Centauri sẽ cần bao nhiêu phi hành gia để tồn tại?
Proxima Centauri: Điểm Đến Tiềm Năng
Proxima Centauri, cách chúng ta khoảng 4.2 năm ánh sáng, là ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất từng được biết đến. Trong hệ sao này, các nhà khoa học đã phát hiện ra một số ngoại hành tinh, đặc biệt là Proxima Centauri b, có tiềm năng trở thành “Trái Đất thứ hai”.
Nếu sử dụng tàu Apollo 11, con tàu đưa con người lên Mặt Trăng, với vận tốc 40.000 km/h, chúng ta sẽ mất hơn 100.000 năm để đến Proxima Centauri. Tuy nhiên, công nghệ tàu vũ trụ hiện tại đã tiến bộ hơn nhiều. Ví dụ, tàu thăm dò Mặt Trời Parker có thể đạt vận tốc hơn 700.000 km/h, tương đương 0.067% tốc độ ánh sáng. Dù vậy, hành trình đến Proxima Centauri b vẫn sẽ kéo dài khoảng 6.300 năm.
Bài Toán Dân Số Trong Chuyến Du Hành Liên Sao
Vậy, cần bao nhiêu thành viên phi hành đoàn để tồn tại qua một hành trình dài như vậy? Với tuổi thọ trung bình 70 năm, 6.300 năm tương đương với khoảng 90 thế hệ người. Việc lựa chọn thành viên phi hành đoàn đầu tiên là một bài toán phức tạp, cần cân nhắc nhiều yếu tố như số lượng nam nữ, độ tuổi, tuổi thọ, tỷ lệ sinh sản thành công, sức chứa của tàu và nhiều yếu tố khác.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuật toán “Heritage” để mô phỏng một sứ mệnh liên sao qua nhiều thế hệ. Thuật toán này tạo ra một phi hành đoàn dựa trên các thông số đầu vào, sau đó tiến hành các thử nghiệm lý thuyết, bao gồm cả cái chết tự nhiên và tai nạn, để xác định số lượng thành viên cần thiết để duy trì sự sinh sản và phát triển.
Thuật toán sẽ chọn ngẫu nhiên hai người khác giới, tính toán khả năng sinh con dựa trên độ tuổi sinh sản và các hạn chế về hôn nhân cận huyết. Nếu tỷ lệ mang thai cao, một thành viên mới sẽ được tạo ra. Quá trình này lặp lại cho đến khi phi hành đoàn chết hết hoặc đến được Proxima Centauri sau 6.300 năm.
Mỗi lần chạy mô phỏng, thuật toán sẽ thêm các yếu tố thảm họa như bệnh dịch, va chạm thiên thạch hoặc tai nạn để giảm số lượng phi hành đoàn đi 1/3. Sau 100 lần chạy, thuật toán kết luận rằng, tỷ lệ thành công không đạt 100% cho đến khi phi hành đoàn có tổng cộng 98 người, tương đương 49 cặp vợ chồng. Con số này được xem là điều kiện tối thiểu để hoàn thành chuyến hành trình kéo dài 6.300 năm tới Proxima Centauri b.
Tuy nhiên, đây chỉ là mô phỏng cơ bản, tỷ lệ sinh sản thực tế có thể thấp hơn do ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ. Nguy cơ xảy ra thảm họa và xung đột xã hội cũng có thể cao hơn trong một cộng đồng sống chung trên tàu vũ trụ. Các thuật toán tiên tiến hơn sẽ cần tính đến các yếu tố này để đưa ra con số chính xác hơn.
Ánh Sáng Từ Vụ Va Chạm Lỗ Đen và Thuyết Tương Đối Của Einstein
Trong một diễn biến khác của vũ trụ, các nhà thiên văn học có thể đã lần đầu tiên quan sát được ánh sáng phát ra từ vụ va chạm của hai lỗ đen. Lỗ đen vũ trụ vốn hoàn toàn tối, không thể quan sát bằng kính thiên văn thông thường. Trước đây, các nhà khoa học chỉ có thể nghiên cứu các vụ va chạm lỗ đen thông qua sóng hấp dẫn.
Tuy nhiên, theo các lý thuyết mới, các vụ va chạm lỗ đen có thể tạo ra tín hiệu ánh sáng khi các vật chất xung quanh bị kích thích và phát ra bức xạ. Nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Zwicky Transient Facility (ZTF) tại Đài quan sát Palomar ở California đã quan sát thấy một tín hiệu ánh sáng có thể liên quan đến sự kiện sóng hấp dẫn GW190521g, được cho là vụ va chạm của hai lỗ đen. Nếu được xác nhận, đây sẽ là lần đầu tiên ánh sáng được sử dụng làm bằng chứng cho vụ va chạm lỗ đen.
Cùng với đó, các thí nghiệm kiểm tra thuyết tương đối của Einstein trên một ngôi sao gần lỗ đen siêu lớn đã cho thấy thuyết này vẫn đúng. Bằng cách phân tích tác động của lực hấp dẫn từ lỗ đen siêu lớn Sagittarius A* tại trung tâm Dải Ngân Hà lên ngôi sao S0-2, các nhà thiên văn đã chứng minh rằng, thuyết tương đối của Einstein vẫn chính xác, ít nhất là ở thời điểm hiện tại.
Thuyết tương đối của Einstein giải thích rằng, lực hấp dẫn sinh ra do sự biến dạng của không gian và thời gian. Các nhà khoa học đã kiểm tra thuyết này trong các trường hấp dẫn yếu như Trái Đất và Hệ Mặt Trời. Trong các trường hấp dẫn mạnh hơn, như lỗ đen siêu lớn, thuyết tương đối có thể dẫn đến các lý thuyết mới, giúp giải thích các bí ẩn của vũ trụ như vật chất tối và năng lượng tối. Tuy nhiên, thuyết tương đối vẫn chưa thể giải thích đầy đủ lực hấp dẫn bên trong lỗ đen, đòi hỏi các lý thuyết mới ra đời trong tương lai.
Kết Luận
Hành trình đến Proxima Centauri là một thách thức lớn về mặt công nghệ và dân số học. Việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán mô phỏng, cùng với các tiến bộ trong quan sát thiên văn, sẽ giúp chúng ta tiến gần hơn đến mục tiêu khám phá những chân trời mới. Đồng thời, các thí nghiệm về thuyết tương đối của Einstein không chỉ củng cố kiến thức về vũ trụ mà còn mở ra những hướng đi mới trong việc khám phá bản chất của lực hấp dẫn và sự hình thành của vũ trụ.